“天气现象视频智能观测仪装备保障”课程设计＊

李晓兰，刘 俊，王勇军，刘天雄，文 刚

（1.中国气象局气象干部培训学院四川分院，四川 成都 610072；2.高原与盆地暴雨旱涝灾害四川省重点实验室，四川 成都 610072）

为贯彻落实中国气象局关于实现地面气象观测自动化的决策部署，进一步提高地面气象观测的能力和水平。自2020-04-01 起，地面气象观测自动化改革从全国试运行切换调整为正式业务运行。地面气象观测自动化发展与气象观测装备技术水平不断提升息息相关。产学研用协同促进的气象观测技术装备发展格局基本形成，新技术新装备研发和试验工作成果丰硕。天气现象视频智能观测仪作为气象观测装备研发的成果之一，目前处于试点考核阶段，待通过业务化评估后，将调整相关项目观测方式正式业务化运行。自2020-09-30T20：00 开始，天气现象视频智能观测仪业务试运行。全国国家级气象观测站于2020-09-30 前完成了天气现象视频智能观测仪安装。天气现象视频智能观测仪采用人工智能视频识别技术，可实现对云状、凝结类天气现象、雪深等观测项目的自动观测。

1 课程目的

为进一步了解天气现象视频智能观测仪业务试运行情况，国家气象信息中心对2021-01-16—2021-02-28全国天气现象视频智能观测仪观测数据的完整性进行了统计分析，发现部分台站视频、图像、判识结果数据文件完整率较低。为提升基层台站天气现象视频智能观测仪观测数据的完整性，气象观测业务人员关于天气现象视频智能观测仪的维护、维修管理能力有待加强。目前，天气现象视频智能观测仪处于业务试运行阶段，现有天气现象视频智能观测仪装备保障方面的课程尚属空白。以培养合格的专业人才队伍，保障天气现象视频智能观测仪稳定高效运行为目标，急需开发“天气现象视频智能观测仪装备保障”课程。综上所述，展开“天气现象视频智能观测仪装备保障”课程设计，弥补“天气现象视频智能观测仪装备保障”课程的空白，满足基层气象观测业务人员天气现象视频智能观测仪维护保障技能提升阶段的培训需求，有效助推气象观测业务改革调整后，新型气象观测装备维护保障工作的进一步展开。

2 调研

2.1 调研目的

为紧密围绕气象观测业务现状和发展趋势，明确“天气现象视频智能观测仪装备保障”课程培训的组织需求、岗位需求及个人需求，展开课程培训需求调研。

2.2 调研方案

“天气现象视频智能观测仪装备保障”课程培训需求调研内容包括岗位职能情况、调查对象基本情况，业务技能水平、教学内容需求度、业务试运行情况以及日常装备保障工作的重难点等。“天气现象视频智能观测仪装备保障”课程培训需求调研方法和内容如表1 所示。

表1 “天气现象视频智能观测仪装备保障”课程培训需求调研方法和内容

2.3 问卷调查情况

采用文本资料分析法，全面学习分析地面气象观测自动化改革相关政策文件，通过与气象观测业务管理人员座谈，了解天气现象视频智能观测仪试运行情况以及业务人员岗位情况，初步了解“天气现象视频智能观测仪装备保障”课程培训的组织需求和岗位需求。根据调研方案制作《“天气现象视频智能观测仪装备保障”课程培训需求问卷》，面向气象观测装备保障相关培训班学员和县级综合气象业务人员发放该调查问卷，共计发放118 份，收回115 份。

2.3.1 调查对象基本情况

本次问卷调查对象年龄大部分在35 岁以下，文化程度大部分为本科及以上学历，所学专业包括大气科学、电子信息科学与技术、计算机科学与技术、软件工程、信息与通信工程以及其他理工类。调查对象工作岗位为县级综合气象观测业务岗和地市级气象观测装备技术保障岗，77%的年龄在35 岁以下，从事该工作岗位的年限在1 年以上的占97%，属于气象观测装备保障方面的主力军，并具有一定工作经验，满足本次调查所需调查对象的要求。

2.3.2 业务技能水平及培训需求

统计调查对象关于天气现象视频智能观测仪装备的保障技能水平，74%的调查对象认为自身天气现象视频智能观测仪装备维护保障方面的知识技能水平一般或较低，并且针对“天气现象视频智能观测仪装备保障”课程均表现出强烈的培训需求，认为需求很强烈的占40%，需求较强烈的占60%。从调查结果可知，调查对象的天气现象视频智能观测仪装备保障技能水平相对欠缺，并表现出强烈的培训需求，开发“天气现象视频智能观测仪装备保障”课程，具有较强的业务适用性。

2.3.3 课程教学内容需求度

为详细了解调查对象在“天气现象视频智能观测仪装备保障”课程教学内容方面的需求，统计“天气现象视频智能观测仪装备保障”各知识点教学内容需求度，天气现象视频智能观测仪组成结构、工作原理、安装、调试、维护以及故障排查部分教学内容需求度的占比分别为77%、83%、77%、100%、97%、100%。

从调查结果可知，调查对象对天气现象视频智能观测仪调试、维护和故障排查部分需求度较高，对组成结构、工作原理和安装部分需求度一般。调查对象表示，在基层台站日常工作中，天气现象视频智能观测仪调试、维护及故障排查工作属于常规性事务。例如：天气现象视频智能观测仪摄像头遮挡和污染的维护，摄像机水平、方位以及倾角的维护，供电故障和通信故障的排查处理等。天气现象视频智能观测仪组成结构和工作原理部分对于知识完整性有一定的帮助，但对于基层台站常规性气象观测业务工作适用性相对较弱。针对上述调查统计结果，采用详细问询的方式，了解调查对象对天气现象视频智能观测仪安装部分需求度较低的原因。由于气象观测仪器安装工作一般由省（州）局或者仪器厂家相关人员负责，调查对象普遍认为天气现象视频智能观测仪安装部分对于基层台站气象观测业务工作的适用性不强。

2.4 实地调研情况

在问卷调研的基础上，使用访问调查法，选择具有代表性的地市级气象部门和县级单位进行实地调研，更准确地把握“天气现象视频智能观测仪装备保障”课程的培训需求。

市、县两级气象业务人员认为，天气现象视频智能观测仪正处于业务试运行阶段，为了保证设备正常稳定运行及观测数据质量，需切实提升气象业务人员的维护保障能力。通过课程培训初步具备从事天气现象视频智能观测仪装备维护保障的能力。基层业务人员日常工作最关注的是维护和故障排查，与问卷调查的结果相符。“天气现象视频智能观测仪装备保障”课程教学内容需包括维护、数据处理、探测环境、通信、工作原理、供电等方面。其中故障排查部分的讲授，应详细讲授天气现象视频智能观测仪电路接线图、故障排查流程以及硬件和软件的交互调试等。

通过问卷调研和实地调研相结合，总结分析“天气现象视频智能观测仪装备保障”课程培训需求，形成“天气现象视频智能观测仪装备保障”课程教学内容，如表2 所示。

表2 “天气现象视频智能观测仪装备保障”课程教学内容

3 课程开发思路

为打造质量高、适用广的“天气现象视频智能观测仪装备保障”课程，运用三维动画仿真技术制作“天气现象视频智能观测仪装备保障”课程视频课件。在教学内容呈现方式上更为生动形象，相较于传统PPT 讲授，更能激发学习兴趣，同时有效解决了基层气象业务人员的工学矛盾，可以随时在线完成课程学习。

根据“天气现象视频智能观测仪装备保障”课程教学内容，结合三维动画仿真视频课件制作要求，撰写“天气现象视频智能观测仪装备保障”课程视频课件制作脚本。“天气现象视频智能观测仪装备保障”课程视频课件制作脚本主要包括场景序号、分镜头序号、画面呈现需求、参考画面示例、配音文本、文本标识内容以及参考画面时长等。“天气现象视频智能观测仪装备保障”课程视频课件制作拟采用三维动画仿真展示、文本标识、配音以及字幕等方式呈现，运用三维动画仿真、二维动画、屏幕录制以及视频剪辑等多媒体技术，完成课程视频画面的制作。“天气现象视频智能观测仪装备保障”课程视频课件适用的培训形式包括面授培训，混合式培训以及远程培训。

3.1 面授培训

在气象观测装备保障面授培训中，通过理论讲授和实习实训，使得培训对象能够全面掌握气象观测装备保障相关知识。天气现象视频智能观测仪作为新型气象观测仪器，是现阶段气象观测装备保障培训需重点掌握的仪器设备。为了使培训对象能够更直观地了解天气现象视频智能观测仪工作原理、维护调试及故障排查等方面，将“天气现象视频智能观测仪装备保障”课程视频课件进行片段节选，将课程视频课件工作原理部分应用于理论讲授，将课程视频课件维护调试和故障排查部分应用于实习实训，帮助培训对象将抽象的知识形象化，更容易理解记忆，辅助面授培训取得更好的成效。

3.2 混合式培训

近年来，教学方法的改变越来越迫切，为了提升教学效果，新的培训方式在现代化培训教育中广泛应用。基于混合式培训的模式越来越受欢迎，翻转课堂作为混合式培训的一种方式被越来越多的研究者应用于实际教学中，特别适用于气象观测装备保障实习实训课程。因此，“天气现象视频智能观测仪装备保障”课程视频课件可采用翻转课堂的教学模式，将“课程传授”放到课外完成，而将“知识内化”作为课堂教学的重点。通过分析教学内容和培训对象特征，明确教学目标，完成“天气现象视频智能观测仪装备保障”课程的教学设计。采用翻转课堂教学模式，赋予培训对象更多自由时间、最大化利用时间的理念，满足气象教育培训现代化理念。在培训中，将“天气现象视频智能观测仪装备保障”课程视频课件作为“课堂传授”的在线学习资料，并提出学习要求。在“知识内化”阶段，在课堂教学中，检验在线学习效果并详细讲解本课程的重点、难点。

3.3 远程培训

新形势下气象教育培训多元化发展，远程培训在基层气象业务人员的职业技能学习中占有较大比例。通过中国气象远程教育网组织基层气象业务人员在线集中或者自主完成“天气现象视频智能观测仪装备保障”课程学习，学习地点和学习时间相对面授培训更为灵活。

无论是面授培训、混合式培训还是远程培训，在课程结束后，应采用课后即评，收集课程学习情况，不断完善“天气现象视频智能观测仪装备保障”课程。

4 结论

通过制定调研方案，展开“天气现象视频智能观测仪装备保障”课程培训的组织需求、岗位需求和个人需求的调研。运用文本资料分析法、问卷调查法、访问调查法及分析归纳法，形成“天气现象视频智能观测仪装备保障”课程教学内容，为“天气现象视频智能观测仪装备保障”课程开发奠定了坚实的基础。通过对“天气现象视频智能观测仪装备保障”课程视频课件制作及应用的思考，初步确定了课程开发方案。

随着气象基层业务人员工学矛盾的日益凸显，打造高质量、高水平的多媒体课程，可以有效提升基层气象观测业务人员学习兴趣，提高远程学习质量。“天气现象视频智能观测仪装备保障”课程视频课件紧密围绕地面气象观测业务现状，业务适用性强，研发思路及方案科学可行，可以弥补“天气现象视频智能观测仪装备保障”课程培训的空白。